特許 7104519 窒化物半導体発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-12

(45)【発行日】2022-07-21

(54)【発明の名称】窒化物半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20220713BHJP

   H01L 33/04 20100101ALI20220713BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20220713BHJP

   H01L 33/40 20100101ALI20220713BHJP

【ＦＩ】

H01L33/32

H01L33/04

H01L33/38

H01L33/40

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018002578

(22)【出願日】2018-01-11

(65)【公開番号】P2019121757

(43)【公開日】2019-07-22

【審査請求日】2020-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000226242

【氏名又は名称】日機装株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】特許業務法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】和田 貢

(72)【発明者】

【氏名】稲津 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】根木 大輔

【審査官】百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２９５１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１０３６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６５４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３５４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５０５０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２８５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７８２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０２／０２３６４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第１のｎ型クラッド層と、
前記第１のｎ型クラッド層の上方に位置する多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上方に位置し、ｐ型ＡｌＧａＮによって形成されたｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層にｎ型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション層と、
前記トンネルジャンクション層の上方に形成された電極層とを含む窒化物半導体発光素子であって、
前記トンネルジャンクション層と前記電極層の間に、ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第２のｎ型クラッド層をさらに含み、
前記窒化物半導体発光素子は、フリップ型であり、
前記多重量子井戸層は、紫外光を発し、
前記電極層は、前記第２のｎ型クラッド層上に、前記多重量子井戸層から発された光を反射させる反射電極部と、前記第２のｎ型クラッド層に電流を供給するコンタクト電極部とを交互に備え、
前記第２のｎ型クラッド層は、前記多重量子井戸層が発する紫外光の吸収率が０．１％以下であり、
前記トンネルジャンクション層の厚さは、１０ｎｍ以下であり、
前記反射電極部の幅は、前記第２のｎ型クラッド層の厚さの２０倍以下である、窒化物半導体発光素子。

【請求項2】

前記第２のｎ型クラッド層を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、前記第１のｎ型クラッド層を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比と略等しい、
請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項3】

前記トンネルジャンクション層は、前記ｐ型クラッド層上に位置するｐ型のＡｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１－ａ－ｂ}Ｎ（０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．２）により形成されたｐ型層と、前記ｐ型層上に位置するｎ型のＡｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{１－ｃ－ｄ}Ｎ（０≦ｃ≦０．２、０≦ｄ≦０．２）により形成されたｎ型層とを含む、
請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項4】

前記コンタクト電極部は、前記第２のｎ型クラッド層の上面視において、点状に配置されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項5】

前記コンタクト電極部は、前記第２のｎ型クラッド層に対して、前記反射電極部の前記第２のｎ型クラッド層に対する接触抵抗よりも小さい接触抵抗を有する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項6】

前記反射電極部は、アルミニウムを含んで構成されている、
請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項7】

前記コンタクト電極部は、チタン、ニッケル、及びパラジウムのうちのいずれか１つを含んで構成されている、
請求項５又は６に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項8】

前記反射電極部の表面積は、前記コンタクト電極部の表面積以上である、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項9】

前記反射電極部の前記表面積は、前記電極層の横断面の断面積の５０～９０％である、
請求項８に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項10】

前記第２のｎ型クラッド層は、内部に、前記第２のｎ型クラッド層のＳｉの添加濃度よりも小さな添加濃度のＳｉを含む電流拡散層を備える、
請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。

【請求項11】

前記電流拡散層のＳｉの添加濃度は、前記第２のｎ型クラッド層のＳｉの添加濃度の略１０分の１である、
請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、窒化物半導体発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、紫外光を出力する発光ダイオードやレーザダイオード等の窒化物半導体発光素子が提供されており、発光強度を向上させた窒化物半導体発光素子の開発が進められている（特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１６２６３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子は、基板と、前記基板上に配置された第１のｎ型窒化物半導体層と、前記第１のｎ型窒化物半導体層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層の上面に配置され、前記ｐ型窒化物半導体層との接合がトンネルジャンクションである第２のｎ型窒化物半導体層と、前記第２のｎ型窒化物半導体層上に配置され、前記ｐ型窒化物半導体層と電気的に接続されるｐ側電極と、前記第１のｎ型窒化物半導体層と電気的に接続されるｎ側電極とを備える。

【0005】

ところで、中心波長が例えば３６０ｎｍ以下の波長を有する深紫外線を発光する窒化物半導体発光素子では、ｐ型窒化物半導体層には、ｐ型のＡｌＧａＮ系の半導体材料が用いられる。このような窒化物半導体発光素子では、活性層へのホールの注入効率を高めるために、ｐ型のＡｌＧａＮで形成されたｐ型窒化物半導体層を薄くすることが好ましい。

【0006】

特許文献１に記載の窒化物半導体発光素子によると、トンネルジャンクションを構成するｐ型窒化物半導体層から第２のｎ型窒化物半導体層までの厚さ、すなわち、活性層から電極までの距離を短くすることが好ましいと考えられる。

【0007】

一方、窒化物半導体発光素子の通電中に、電極に用いられる金属の原子がｐ型のＡｌＧａＮ系半導体中に生じている転位を伝達して活性層側に到達しやすくなり、この結果、窒化物半導体発光素子の発光出力の低下や、寿命の低下を招く虞がある。そして、活性層から電極までの距離が短い場合、通電中の転位の伝達による発光出力の低下や寿命の低下が特に顕著であった。

【0008】

そこで、本発明は、通電中の発光出力の低下が小さく寿命の長い窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第１のｎ型クラッド層と、前記第１のｎ型クラッド層の上方に位置する多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層の上方に位置し、ｐ型ＡｌＧａＮによって形成されたｐ型クラッド層と、前記ｐ型クラッド層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層にｎ型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション層と、前記トンネルジャンクション層の上方に形成された電極層とを含む窒化物半導体発光素子であって、前記トンネルジャンクション層と前記電極層の間に、ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第２のｎ型クラッド層をさらに含み、前記窒化物半導体発光素子は、フリップ型であり、前記多重量子井戸層は、紫外光を発し、前記電極層は、前記第２のｎ型クラッド層上に、前記多重量子井戸層から発された光を反射させる反射電極部と、前記第２のｎ型クラッド層に電流を供給するコンタクト電極部とを交互に備え、前記第２のｎ型クラッド層は、前記多重量子井戸層が発する紫外光の吸収率が０．１％以下であり、前記トンネルジャンクション層の厚さは、１０ｎｍ以下であり、前記反射電極部の幅は、前記第２のｎ型クラッド層の厚さの２０倍以下である、窒化物半導体発光素子を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、発光出力の低下が小さく寿命が長い窒化物半導体発光素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。

【図2】図２は、第１の電極層の構成を模式的に示す上面図である。

【図3】図３は、図１に示す発光素子から第２のｎ型クラッド層及び第１の電極層を抜き出して示す部分断面図である。

【図4】図４は、ｐＧａＮ層の厚さと紫外光の透過率との関係を模式的に示すグラフである。

【図5】図５は、発光素子からの光の取出し効率を概略的に示す図である。

【図6】図６各図は、第１の電極層の構成の変形例を模式的に示す上面図である。

【図7】図７は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の構成を概略的に示す断面図である。

【図8】図８は、図７に示す発光素子から第２のｎ型クラッド層及び第１の電極層を抜き出して示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の窒化物半導体発光素子の寸法比と一致するものではない。なお、以下、本発明を説明するにあたり、「上方」又は「下方」とは、一つの対象物と他の対象物との相対的な位置関係を示すものであり、当該一つの対象物が当該他の対象物に直接的に上側又は下側に配置されているもののみならず、当該一つの対象物が別の第三対象物を介して当該他の対象物に間接的に上側又は下側に配置されているものも含む。

【0013】

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。窒化物半導体発光素子１（以下、単に「発光素子１」ともいう。）は、紫外領域の波長の光を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）である。本実施の形態では、特に、中心波長が２００ｎｍ～３６０ｎｍの深紫外光を発する発光素子１を例に挙げて説明する。

【0014】

図１に示すように、発光素子１は、基板１０と、バッファ層２０と、第１のｎ型クラッド層３０と、中間層４０と、多重量子井戸層を含む活性層５０と、電子ブロック層６０と、ｐ型クラッド層７０と、トンネルジャンクション８０と、第２のｎ型クラッド層９０と、カソード電極２００と、アノード電極１００とを含んで構成されている。

【0015】

発光素子１を構成する半導体には、例えば、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系のIII族窒化物半導体を用いることができる。また、これらのIII族元素の一部は、ホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置き換えても良く、また、Ｎの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置き換えても良い。

【0016】

基板１０は、発光素子１が発する深紫外光に対して透光性を有している。基板１０は、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）を含むサファイア基板である。基板１０には、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板の他に、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）基板を用いてもよい。

【0017】

バッファ層２０は、基板１０上に形成されている。バッファ層２０は、ＡｌＮ層２２と、ＡｌＮ層２２上に形成されるアンドープのｕ－Ａｌ_ｐＧａ_１－ｐＮ層２４（０≦ｐ≦１）を含んで構成されている。また、基板１０及びバッファ層２０は、下地構造部２を構成する。なお、ｕ－Ａｌ_ｐＧａ_１－ｐＮ層２４は、必ずしも設けなくてもよい。

【0018】

第１のｎ型クラッド層３０は、下地構造部２上に形成されている。第１のｎ型クラッド層３０は、ｎ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｎ型ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌ_ｑＧａ_１－ｑＮ層（０≦ｑ≦１）である。なお、ｎ型の不純物としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、炭素（Ｃ）等を用いてもよい。第１のｎ型クラッド層３０は、１μｍ～３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有している。第１のｎ型クラッド層３０は、単層でもよく、多層構造でもよい。

【0019】

中間層４０は、第１のｎ型クラッド層３０上に形成されている。中間層４０は、少なくともシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）および窒素（Ｎ）を含む層であり、例えば、不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層である。

【0020】

多重量子井戸層を含む活性層５０は、中間層４０上に形成されている。活性層５０は、Ａｌ_ｒＧａ_１－ｒＮを含んで構成される多重量子井戸層の中間層４０側の障壁層５２ａ、及び後述する電子ブロック層６０側の障壁層５２ｃを含む３層の障壁層５２ａ，５２ｂ，５２ｃとＡｌ_ｓＧａ_１－ｓＮを含んで構成される３層の井戸層５４ａ，５４ｂ，５４ｃ（０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、ｒ＞ｓ）とを交互に積層した多重量子井戸層を含む層である。活性層５０は、波長３６０ｎｍ以下の深紫外光を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成されている。なお、本実施の形態では、活性層５０に障壁層５２及び井戸層５４は各３層ずつ設けたが、必ずしも３層に限定されるものではなく、２層でもよく、４層以上でもよい。

【0021】

電子ブロック層６０は、活性層５０上に形成されている。電子ブロック層６０は、ｐ型のＡｌＧａＮ（以下、単に「ｐ型ＡｌＧａＮ」ともいう。）により形成されている。電子ブロック層６０は、１ｎｍ～１０ｎｍ程度の厚さを有している。なお、電子ブロック層６０は、ＡｌＮにより形成された層を含んでもよい。また、電子ブロック層６０は、必ずしもｐ型の半導体層に限られず、アンドープの半導体層でもよい。

【0022】

ｐ型クラッド層７０は、電子ブロック層６０上に形成されている。すなわち、ｐ型クラッド層７０は、電子ブロック層６０を介して多重量子井戸層の上方に位置している。ｐ型クラッド層７０は、ｐ型ＡｌＧａＮにより形成される層であり、例えば、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ_ｔＧａ_1-ｔＮ層（０≦ｔ≦１）である。なお、ｐ型の不純物としては、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いてもよい。

【0023】

トンネルジャンクション８０は、ｐ型クラッド層７０上に形成されている。トンネルジャンクション８０は、ｐ型クラッド層７０と後述するｎ型半導体層としての第２のｎ型クラッド層９０とをトンネル接合させるものである。すなわち、トンネルジャンクション８０は、ｐ型半導体の価電子帯の電子をｎ型半導体の伝導体にトンネルさせることで、ｐ型半導体の価電子帯に正孔を発生させるものである。

【0024】

トンネルジャンクション８０は、ｐ型クラッド層７０側に位置するｐ型層８２と、第２のｎ型クラッド層９０側に位置するｎ型層８４とを含んで構成されている。ｐ型層８２は、例えば、Ｍｇ等の不純物が高濃度にドープされたｐ型のＧａＮ（以下、「ｐＧａＮ」ともいう。）により形成されたｐＧａＮ層である。なお、ｐ型層８２を形成する半導体材料は、必ずしもｐＧａＮに限定されるものではなく、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮや、ｐ型のＩｎＧａＮ、あるいはｐ型のＡｌＩｎＧａＮでもよい。ｐ型層８２にＡｌが含まれる場合、Ａｌ組成比は、好ましくは、０．２以下である。ｐ型層８２にＩｎが含まれる場合、Ｉｎ組成比は、好ましくは、０．２以下である。換言すれば、ｐ型層８２は、ｐ型のＡｌ_aＩｎ_ｂＧａ_{１－a－ｂ}Ｎ（０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．２）により形成された層である。

【0025】

ｎ型層８４は、Ｓｉ等の不純物がドープされたｎ型のＧａＮにより形成されたｎＧａＮ層である。なお、ｎ型層８４を形成する半導体材料は、必ずしもｎＧａＮに限定されるものではなく、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮや、ｎ型のＩｎＧａＮ、あるいはｎ型のＡｌＩｎＧａＮでもよい。ｎ型層８４にＡｌが含まれる場合、Ａｌ組成比は、好ましくは、０．２以下である。ｎ型層８４にＩｎが含まれる場合、Ｉｎ組成比は、好ましくは、０．２以下である。換言すれば、ｎ型層８４は、ｎ型のＡｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{１－ｃ－ｄ}Ｎ（０≦ｃ≦０．２、０≦ｄ≦０．２）により形成された層である。

【0026】

また、ｐＧａＮ層のｐ型層８２及びｎＧａＮ層のｎ型層８４はともに、紫外光の一部を吸収する性質を有している。詳細は、後述する。

【0027】

ｐ型層８２の厚さは、好ましくは、１０ｎｍ以下、より好ましくは、５ｎｍ以下である。また、ｐ型層８２と同様にｎ型層８４の厚さは、好ましくは、１０ｎｍ以下、より好ましくは、５ｎｍ以下である。換言すれば、トンネルジャンクション８０の厚さは、好ましくは、２０ｎｍ以下、より好ましくは、１０ｎｍ以下である。

【0028】

トンネルジャンクション８０上には、第２のｎ型クラッド層９０が形成されている。すなわち、第２のｎ型クラッド層９０は、トンネルジャンクション８０を介してｐ型クラッド層７０の上方に位置している。第２のｎ型クラッド層９０は、後述するコンタクト電極部１２２から流れる電流を横方向に伝導して拡散する層である。ここで、「横方向」とは、第２のｎ型クラッド層９０の厚さ方向に直行する方向をいう。詳細は、後述する。

【0029】

第２のｎ型クラッド層９０は、ｎ型の半導体を含む層（以下、「ｎ型半導体層」ともいう。）である。具体的には、第２のｎ型クラッド層９０は、ｎ型ＡｌＧａＮにより形成された層であり、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌ_ｕＧａ_１－ｕＮ層（０≦ｕ≦１）である。好ましくは、第２のｎ型クラッド層９０を構成するｎ型ＡｌＧａＮの組成は、第１のｎ型クラッド層３０を構成するｎ型ＡｌＧａＮの組成と略等しい、すなわち、ｑ＝ｕである。また、第２のｎ型クラッド層９０は、上述のｐＧａＮ層と比較して、活性層５０からの発せられる紫外光の吸収量が非常に少なく、第２のｎ型クラッド層９０の紫外光の吸収量は、０．１％以下である。

【0030】

カソード電極２００は、第１のｎ型クラッド層３０の一部の領域上に形成されている。カソード電極２００は、例えば、第１のｎ型クラッド層３０の上に順にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成される。

【0031】

アノード電極１００は、第２のｎ型クラッド層９０の上に形成されている。アノード電極１００は、反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とを含む第１の電極層１２０と、アルミニウム（Ａｌ）／Ｔｉ／金（Ａｕ）が順に積層された多層膜で形成された第２の電極層１４０とを含む。第１の電極層１２０は、電極層の一例である。なお、第２の電極層１４０は、必ずしもアルミニウム（Ａｌ）層を含まなくてもよい。

【0032】

反射電極部１２４は、多重量子井戸層から発せられた紫外光を第２のｎ型クラッド層９０側の面において反射させる。好ましくは、反射電極部１２４は、紫外光に対して反射率の高い材料を含んで構成されている。例えば、反射電極部１２４は、Ａｌ等の金属を含んで構成されている。なお、紫外光に対するＡｌの反射率は、約９０％である。

【0033】

コンタクト電極部１２２は、第２のｎ型クラッド層９０に電流を供給する電極部である。コンタクト電極部１２２は、反射電極部１２４と異なる材料により形成されている。好ましくは、コンタクト電極部１２２は、第２のｎ型クラッド層９０に対して、反射電極部１２４の第２のｎ型クラッド層９０に対する接触抵抗よりも小さい接触抵抗を有する材料により形成される。このようにすることにより、アノード電極１００の紫外光に対する反射率を高くすることを追求して、反射電極部１２４に紫外光に対する高い反射率を有する材料を選択したことにより、第２のｎ型クラッド層９０に対する接触抵抗が大きくなったとしても、アノード電極１００に電流が流れにくくなることを抑制することが期待できる。具体的には、コンタクト電極部１２２は、Ｔｉ等の金属を含んで構成される。コンタクト電極部１２２の素材は、Ｔｉに限定されるものではなく、Ｎｉやパラジウム（Ｐｄ）やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）でもよい。

【0034】

なお、説明の便宜上、反射電極部１２４及びコンタクト電極部１２２は、それぞれ３つずつ設けたが、必ずしも３つに限定されるものではなく、２つでもよく、４つ以上でもよい。また、反射電極部１２４の数とコンタクト電極部１２２の数とが異なっていてもよい。

【0035】

図２は、第１の電極層１２０の構成を模式的に示す上面図である。反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とは、空間的に分離して設けられている。ここで、「空間的に分離して設ける」とは、第２のｎ型クラッド層９０の上面において反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とが互いに異なる位置に設けることをいう。「空間的に分離して設ける」には、反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とが所定の間隔をおいて並んでいる構成のみならず、反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とが隙間なく並んでいる構成等も含まれる。具体的には、図１及び図２に示すように、反射電極部１２４と、コンタクト電極部１２２とは、第２のｎ型クラッド層９０の上面視において、縞状（ストライプ状）になるように交互に配置されている。

【0036】

好ましくは、反射電極部１２４の上面の表面積（以下、「反射電極部１２４の面積」ともいう。）は、コンタクト電極部１２２の上面の表面積（以下、「コンタクト電極部１２２の面積」ともいう。）以上である。このようにすることで、多重量子井戸層から発せられた紫外光をより多く反射させ、紫外光の取出し効率が向上することが期待できるからである。

【0037】

一方で、反射電極部１２４の真下には電流が拡散しにくくなることから、より効率よく電流を拡散するためには、好ましくは、反射電極部１２４の面積は所定の値以下である。以上により、具体的には、反射電極部１２４の面積は、第１の電極層１２０の面積の５０～９０％である。第１の電極層１２０の面積とは、反射電極部１２４の面積及びコンタクト電極部１２２の面積の合計値である。なお、ここで、「面積」とは、第１の電極層１２０を構成する反射電極部１２４又はコンタクト電極部１２２の総面積をいう。

【0038】

（面内の発光の均一化）
図３は、図１に示す発光素子から第２のｎ型クラッド層９０及び第１の電極層１２０を抜き出して示す部分断面図であり、電流の拡散を模式的に示す概念図である。図３内の矢印は、電流の流れを示している。図３に示すように、反射電極部１２４は、接触抵抗の高いＡｌを含んで構成されているため、電流が流れにくいのに対して、コンタクト電極部１２２は、接触抵抗の低いＴｉを含んで構成されているため、電流が流れやすい。したがって、コンタクト電極部１２２から流れる電流は、第２のｎ型クラッド層９０内を通る際、縦方向（厚さ方向）のみならず、横方向（厚さ方向と直行する方向）にも流れやすい。以上のようにして、第１の電極層１２０から流れる電流が第２のｎ型クラッド層９０内で横方向に拡散して均一化する。

【0039】

横方向に電流が拡散する長さ（以下、「電流拡散長」ともいう。）は、反射電極部１２４の幅（「Ｗ」参照。）の約１／２倍、すなわち１／２×Ｗである。換言すれば、横方向の電流拡散長さは、互いに最も近い位置に位置するコンタクト電極部１２２間の距離の１／２である。また、好ましくは、横方向の電流拡散長は、第２のｎ型クラッド層９０の厚さ（「ｄ」参照。）の１０倍以下である。つまり、好ましくは、反射電極部１２４の幅Ｗは、第２のｎ型クラッド層９０の厚さの２０倍以下である（すなわち、Ｗ≦２０×ｄ）。より好ましくは、第２のｎ型クラッド層９０の厚さｄが０．５μｍ程度のとき、反射電極部１２４の幅Ｗは、４．０μｍ程度、コンタクト電極部１２２の幅は、２．０μｍ程度である。また、この場合、第１の電極層１２０の面積に対する反射電極部１２４の比率は、約６０％である。

【0040】

第１の電極層１２０から流れる電流が第２のｎ型クラッド層９０内で横方向に拡散して均一化することにより、活性層５０の多重量子井戸層に空間的に均一にキャリアが注入されるようになり、その結果、面内の発光の不均一性が抑制され、面内で均一に発光させることができる。また、面内で均一に発光する結果、発光素子１の劣化の度合いが発光素子１内において空間的に偏ることが抑制されるため、発光素子の寿命を長くできることが期待できる。

【0041】

（光の取出し効率の向上）
次に、図４及び図５を参照して、発光素子１からの光の取出し効率について説明する。図４は、ｐＧａＮ層の厚さと紫外光の透過率との関係を模式的に示すグラフである。図５は、発光素子からの光の取出し効率を概略的に示す図である。以下では、説明の便宜上、フリップ型の発光素子１において、反射電極部１２４の面積とコンタクト電極部１２２の面積とが略等しい構成を例に挙げて説明する。また、特に記載のない限り、ｐ型層８２の厚さ及びｎ型層８４の厚さをともに１０ｎｍとして説明する。

【0042】

図４に示すグラフの横軸は、ｐ型層８２を構成するｐＧａＮ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸は、このｐＧａＮ層に入射した紫外光がｐＧａＮ層を透過する透過率（％）を示している。なお、図４は、一例として、波長２８０ｎｍの紫外光のｐＧａＮ層に対する透過率（％）を示している。

【0043】

ｐＧａＮ層は、紫外光を一部吸収する。ｐＧａＮ層に入射された紫外光は、ｐＧａＮ層に吸収されなかった残りがｐＧａＮ層を透過する。図４に示すように、ｐＧａＮ層に対する紫外光の透過率Ｐは、ｐＧａＮ層の厚さｔ（ｎｍ）及び吸収係数α（ｎｍ^－１）を用いて以下の関係式で示される。
Ｐ＝ｅｘｐ（－α×ｔ）
ここで、
α＝１．７ｘ１０^－２
なお、このαの値は、波長２８０ｎｍの紫外光に対する値の一例である。また、ｅｘｐは、自然対数の底である。

【0044】

図４に示すように、例えば、ｐＧａＮ層に対する波長２８０ｎｍの紫外光の透過率は、ｐＧａＮ層の厚さが４０ｎｍのとき約５０％（約５０％吸収）であり、ｐＧａＮ層の厚さが１０ｎｍのとき約８４％（約１６％吸収）である。

【0045】

図５に示すように、活性層５０の多重量子井戸層から発せられた紫外光は、発光素子１の上下（図１の図示上下方向）に約５０％ずつ伝達する。このうち上方に向かう紫外光は、トンネルジャンクション８０を通過するとき、トンネルジャンクション８０を構成するｐ型層８２（ｐＧａＮ層）により一部吸収される。上述のように、ｐ型層８２の厚さが１０ｎｍの場合、約８４％の紫外光が透過する。すなわち、多重量子井戸層から発せられ上方に向かう紫外光のうち４２％（５０％ｘ８４％）がトンネルジャンクション８０を透過する。

【0046】

トンネルジャンクション８０を透過した紫外光は、第１の電極層１２０で反射される。反射電極部１２４の面積が第１の電極層１２０の５０％で、反射電極部１２４の反射率が９０％とすると、多重量子井戸層から発せられ上方に向かう紫外光のうち約１９％（４２％ｘ５０％ｘ９０％）が第１の電極層１２０により反射する。

【0047】

第１の電極層１２０により反射された紫外光は、再び下方に向かい、トンネルジャンクション８０を通過する。上述のとおり、トンネルジャンクション８０の紫外光の透過率は、約８４％であるため、上記第１の電極層１２０により反射した１９％の紫外光のうちの８４％、すなわち、１６％（１９％ｘ８４％）の紫外光が下側に伝達する。換言すれば、多重量子井戸層から発せられた紫外光のうち１６％を取出すことができる。

【0048】

＜変形例＞
図６各図は、第１の電極層１２０の構成の変形例を模式的に示す上面図である。例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上面視において円形状のコンタクト電極部１２２を点状（ドット状）に配置したうえで、反射電極部１２４をコンタクト電極部１２２の周囲に配置してもよい。また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、コンタクト電極部１２２は、回転対称性を有するように配置してもよい（４回対称（図６（ａ））、６回対称（図６（ｂ）））。なお、図６（ａ），（ｂ）において、説明の便宜上、反射電極部１２４とコンタクト電極部１２２とを視覚的に容易に区別できるようにするために、反射電極部１２４を白色で示し、コンタクト電極部１２２を黒色で示した。

【0049】

一例として、図６（ｂ）に示す６回対称の対称性を有する配置において、第２のｎ型クラッド層９０の厚さｄを１．０μｍとしたとき、コンタクト電極部１２２の直径を４．０μｍ程度、コンタクト電極部１２２の中心間距離を８．０μｍ程度とすることができる。この場合、第１の電極層１２０の面積に対する反射電極部１２４の比率は、約７７．３％である。なお、コンタクト電極部１２２の断面形状は、上述した円形状のものに限られるものではなく、楕円形や多角形でもよい。

【0050】

（第１の実施の形態及び変形例の作用及び効果）
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態及び変形例に係る発光素子１では、ｎ型ＡｌＧａＮにより形成された第１のｎ型クラッド層３０と、この第１のｎ型クラッド層３０の上方に位置する多重量子井戸層と、この多重量子井戸層の上方に位置し、ｐ型ＡｌＧａＮによって形成されたｐ型クラッド層７０と、ｐ型クラッド層７０上に位置し、ｐ型クラッド層７０にｎ型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション８０と、トンネルジャンクション８０上に位置し、第１のｎ型クラッド層３０を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比と略等しいＡｌ組成比を有するＡｌＧａＮからなる第２のｎ型クラッド層９０と、第２のｎ型クラッド層９０の上方に位置して、重量子井戸層から発せされた光を反射させる反射電極部１２４と、反射電極部１２４と空間的に分離して設けられ、反射電極部１２４と異なる材料により形成されたコンタクト電極部１２２とを含む第１の電極層１２０を備えている。

【0051】

このように、多重量子井戸と第１の電極層１２０との間に、第２のｎ型クラッド層９０を挿入することにより、多重量子井戸と第１の電極層１２０との間の距離を大きくすることができるので、発光素子の使用中に発生する、第１の電極層１２０中の金属原子の多重量子井戸への拡散が抑制され、この結果、発光素子１の発光出力の低下を小さくするとともに、その寿命を長くすることができる。

【0052】

さらに、第２のｎ型クラッド層９０のＡｌ組成が、第１のｎ型クラッド層３０のＡｌ組成比と略同一であるため、第２のｎ型クラッド層９０の結晶性が良くなり、金属原子の拡散パスとなる転位が少なくなり、金属原子の拡散を抑えられるため、発光素子１の発光出力の低下を小さくするとともに、その寿命を長くすることができる。

【0053】

さらにまた、上述のような反射電極部１２４を設けることにより、発光素子１の光の取出し効率を向上させることができるとともに、第２のｎ型クラッド層９０中で電流を横方向に拡散させることにより面内で均一に発光させることが可能となる。

【0054】

［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子発光素子の構成を概略的に示す断面図である。第２の実施の形態に係る発光素子１は、第２のｎ型クラッド層が電流拡散層を備える点で、第１の実施の形態に係る発光素子１と相違する。以下、第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略するとともに、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。

【0055】

図７に示すように、第２のｎ型クラッド層９０は、内部に電流拡散層９４を備える。電流拡散層９４は、第２のｎ型クラッド層９０のＳｉの添加濃度よりも小さな添加濃度のＳｉを含む。電流拡散層９４の添加濃度は、好ましくは、第２のｎ型クラッド層９０のＳｉの添加濃度の１０％程度、すなわち、１．０×１０^１８ｃｍ^－３程度である。このため、電流拡散層９４の電気抵抗は、第２のｎ型クラッド層９０の電気抵抗よりも高くなっている。

【0056】

図８は、図７に示す発光素子１から第２のｎ型クラッド層９０及び第１の電極層１２０を抜き出して示す部分断面図である。電流拡散層９４は、横方向への電流の拡散を促進する層である。図８に示すように、コンタクト電極部１２２から流れる電流は、電流拡散層９４内で横方向にさらに拡散される。また、上述のように、電流拡散層９４の電気抵抗は、第２のｎ型クラッド層９０の電気抵抗よりも高いため、この拡散された電流は、電流拡散層９４に流入しにくくなる。そのため、第２のｎ型クラッド層９０内での電流の拡散がより促進される。

【0057】

（第２の実施の形態の作用及び効果）
以上、本発明の第２の実施の形態のようにしても、発光出力の低下を小さくするとともに、発光素子を長寿命化することができ、さらに、発光素子１の光の取出し効率を向上しつつ面内で均一に発光させることが可能となる。また、これに加えて、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子１は、高抵抗の第２の電流拡散層９４をさらに備えることにより、電流の拡散がさらに促進されるため、より均一に面内で発光させることが可能となる。

【0058】

（実施形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

【0059】

［１］ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第１のｎ型クラッド層と、前記第１のｎ型クラッド層の上方に位置する多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層の上方に位置し、ｐ型ＡｌＧａＮによって形成されたｐ型クラッド層（７０）と、前記ｐ型クラッド層（７０）の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層（７０）にｎ型の半導体を含む層をトンネル接合させるトンネルジャンクション層（８０）と、前記トンネルジャンクション層（８０）の上方に形成された電極層とを含む窒化物半導体発光素子（１）であって、前記トンネルジャンクション層と前記電極層の間に、ｎ型のＡｌＧａＮによって形成された第２のｎ型クラッド層（９０）をさらに含む、窒化物半導体発光素子（１）。
［２］前記第２のｎ型クラッド層（９０）を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比は、前記第１のｎ型クラッド層（３０）を形成するＡｌＧａＮのＡｌ組成比と略等しい、前記［１］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［３］前記トンネルジャンクション層（９０）は、前記ｐ型クラッド層（７０）上に位置するｐ型のＡｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{１－ａ－ｂ}Ｎ（０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．２）により形成されたｐ型層（８２）と、前記ｐ型層（８２）上に位置するｎ型のＡｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{１－ｃ－ｄ}Ｎ（０≦ｃ≦０．２、０≦ｄ≦０．２）により形成されたｎ型層（８４）とを含む、前記［１］又は［２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［４］前記電極層は、前記第２のｎ型クラッド層（９０）上に、前記多重量子井戸層から発せされた光を反射させる反射電極部（１２４）と、前記第２のｎ型クラッド層（９０）に電流を供給するコンタクト電極部（１２２）とを備え、前記反射電極部（１２４）と前記コンタクト電極部１２２とは、交互に配置されている、前記［１］から［３］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［５］前記コンタクト電極部（１２２）は、前記第２のｎ型クラッド層（９０）の上面視において、点状に配置されている、前記［４］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［６］前記コンタクト電極部（１２２）は、前記第２のｎ型クラッド層（９０）に対して、前記反射電極部（１２４）の前記第２のｎ型クラッド層（９０）に対する接触抵抗よりも小さい接触抵抗を有する、前記［１］から［５］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［７］前記反射電極部（１２４）は、アルミニウム（Ａｌ）を含んで構成されている、前記［６］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［８］前記コンタクト電極部（１２２）は、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及びパラジウム（Ｐｄ）のうちのいずれ１つかを含んで構成されている、前記［６］又は［７］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［９］前記反射電極部（１２４）の表面積は、前記コンタクト電極部（１２２）の表面積以上である、前記［１］から［８］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１０］前記反射電極部（１２４）の前記断面積は、前記電極層の横断面の断面積の５０～９０％である、前記［９］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１１］前記トンネルジャンクション（８０）は、２０ｎｍ以下の厚さを有する、前記［１］から［１０］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１２］前記第２のｎ型クラッド層（９０）は、内部に、前記ｎ型クラッド層（９０）のＳｉの添加濃度よりも小さな添加濃度のＳｉを含む電流拡散層（９４）を備える、前記［１］から［１１］のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子（１）。
［１３］前記電流拡散層（９４）のＳｉの添加濃度は、前記第２のｎ型クラッド層（９０）のＳｉの添加濃度の略１０分の１である、前記［１２］に記載の窒化物半導体発光素子（１）。

【符号の説明】

【0060】

１…窒化物半導体発光素子（発光素子）
２…下地構造部
１０…基板
２０…バッファ層
２２…ＡｌＮ層
２４…ｕ－Ａｌ_ｐＧａ_１－ｐＮ層
３０…第１のｎ型クラッド層
４０…中間層
５０…活性層
５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…障壁層
５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ…井戸層
６０…電子ブロック層
７０…ｐ型クラッド層
８０…トンネルジャンクション
８２…ｐ型層
８４…ｎ型層
９０…第２のｎ型クラッド層
９４…電流拡散層
１００…アノード電極
１２０…第１の電極層
１２２…コンタクト電極部
１２４…反射電極部
１４０…第２の電極層
２００…カソード電極
Ｐ…透過率
Ｗ…反射電極部の幅
ｄ…第２のｎ型クラッド層の厚さ
α…吸収係数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】